摘要：煤层开采覆岩变形损伤是含水层失水主要原因,针对榆神矿区中深煤层开采影响下含水层失水规律研究程度不高问题,根据矿区主采煤层覆岩的地质与水文地质结构特征,总结提出中深煤层开采覆岩损伤变形影响下含水层“侧向直接与垂向渗漏”复合失水模式,以COMSOL多物理场耦合数值分析软件为平台,提出了中深煤层开采覆岩变形损伤与含水层失水数值分析模型的构建方法:①利用岩石力学模块,通过建立煤层开采条件下覆岩采动应力、孔隙率与渗透率耦合关系,模拟输出弯曲带覆岩各剖分节点的位移变形量,计算采动渗透系数变化;利用Mohr-Coulomb塑性破坏准则识别出采掘扰动下导水裂隙带的发育范围;②利用COMSOL软件平台中大变形几何体自动重新剖分计算模块,重新进行网格剖分,形成采动变形二次剖分网格;③在达西渗流模块中,根据含水层与导水裂隙带间的地下水运动状态的转化特征,把采动导水裂隙范围数值处理成达西渗流边界,重新输入采动渗透系数参数,以建立含水层地下水失水分析模型。最后以榆神矿区曹家滩煤矿为分析案例,建立工作面尺度上煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水分析模型,模拟得出工作面2-2煤层分层开采(5m采高)条件下导水裂隙最大高度为128m,发育至直罗与延安组基岩含水层内部,含水层失水总量35.84m3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为23.17,12.67m3/h,煤层开采对近地表松散含水层影响小;一次采全高(10m采高)条件下导水裂隙最大高度为202m,发育至富水性好的风化基岩含水层内部,失水总量增加至130.31m3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为92.65,37.66m3/h,煤层开采对松散含水层影响较大。

关键词：松散含水层 导水裂隙带 岩层变形 失水 数值模拟 

单位：中国煤炭科工集团西安研究院有限公司; 陕西西安710054; 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室; 陕西西安710177